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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für eine medizinische Leuchte mit einer Anzahl von Gruppen von LEDs. Zudem betrifft die Erfindung eine Leuchte, insbesondere eine medizinische Leuchte, die mindestens eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit umfasst.
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Es ist bekannt, eine medizinische Leuchte mit einer Anzahl von Gruppen von LEDs auszustatten, die über eine Leiterplatte an einem Grundkörper der Leuchte angeordnet sind und über diesen Grundkörper Wärme von den LEDs wegleiten. Die Verwendung von LEDs als Lichtquellen ermöglicht beispielsweise eine Durchstimmbarkeit der Farbe der Leuchte und eine geringe Hitzeentwicklung. Zudem haben LEDs typischerweise eine hohe Leistungseffizienz, benötigen lediglich eine geringe Spannung, sind dimmbar und erlauben eine kleine Baugröße der Lichtquelle. Schließlich lassen sich LEDs auch einfach auf Leiterplatten anordnen, so dass sie in typischen Anwendungen sehr robust verbaut sind.
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Hinsichtlich der Ausrichtung solcher LEDs ist bekannt, das Licht einer jeweiligen LED über eine der LED zugeordneten Optik zu beeinflussen, beispielsweise zu sammeln, zu fokussieren und/oder zu kollimieren, und die Ausrichtung der Optik über die Ausrichtung der zugeordneten Leiterplatte auf der sich die LED befindet festzulegen. Die Leiterplatte liegt zur Abführung der entstehenden Wärme bekanntermaßen auf einem entsprechenden Grundkörper auf.
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Beispielsweise beschreibt
DE 10 2011 008 474 B4 ein Operationsleuchte, bei der mittels Formschluss eine Ausrichtung von LEDs entlang einer mehrfach geknickten Leiterplatte stattfindet, um eine besonders vorteilhafte Ausleuchtung in einem Lichtfeld der Leuchte sicherzustellen. Im medizinischen Kontext ist ein solches Lichtfeld typischerweise etwa 1 m von der Leuchte entfernt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungseinheit für eine entsprechend vorteilhaft ausgebildete Leuchte, insbesondere eine Leuchte mit einer besonders einfach und kostengünstig herstellbaren Beleuchtungseinheit, bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Beleuchtungseinheit für eine medizinische Leuchte mit einer Anzahl von Gruppen von LEDs vorgeschlagen.
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Diese Anzahl von Gruppen von LEDs ist mit einer gemeinsamen planen Leiterplatte verbunden, wobei jeder LED aus mindestens einer Gruppe aus dieser Anzahl von Gruppen eine jeweilige umgebende Optik zugeordnet ist, durch die ein jeweiliges LED-Optik-Paar gebildet wird. Dabei gibt die jeweilige Optik aufgrund ihrer Struktur einen Kippwinkel einer zentralen Lichtbündelachse eines abgestrahlten Lichtbündels des LED-Optik-Paares in eine Kipprichtung des jeweiligen LED-Optik-Paares vor, wobei die Kipprichtung der jeweiligen Optik derart festgelegt ist, dass die jeweiligen Lichtbündelachsen der abgestrahlten Lichtbündel der LED-Optik-Paare aus der mindestens einen Gruppe von LEDs zumindest teilweise, insbesondere sämtlich, zueinander paarweise windschief sind.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass über das Vorsehen einer geeigneten Optik beliebige Verläufe der Lichtbündelachsen von LED-Optik-Paaren zum vorteilhaften Ausleuchten des Lichtfeldes einer Leuchte festgelegt werden können. Hierfür weist die Optik einen Kippwinkel und eine Kipprichtung des jeweiligen Kippwinkels der zentralen Lichtbündelachse auf. Hierdurch kann bereits durch wenige verschiedene Optiken ein besonders variabel gemäß vorbestimmter Charakteristika eingestelltes Ausleuchten im Lichtfeldabstand von der entsprechenden Leuchte sichergestellt werden.
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Unter einem Kippwinkel ist im Sinne der Erfindung ein Winkel ungleich 0° gemeint. Auch unter Berücksichtigung etwaiger Fertigungstoleranzen ist ein Kippwinkel daher ein Winkel der mindestens 0,1° beträgt.
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Die Beleuchtungseinheit stellt erfindungsgemäß ein Modul für eine Leuchte dar, bei dem sämtliche LEDs mit einer gemeinsamen Leiterplatte verbunden sind. Die LEDs bilden dabei eine Anzahl von Gruppen von LEDs, wobei zumindest für eine dieser Gruppen von LEDs die erfindungsgemäßen LED-Optik-Paare gebildet werden, mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften der jeweiligen Optik. Die mindestens eine Gruppe aus der Anzahl von Gruppen von LEDs umfasst eine Mehrzahl von LEDs. Für diese entsprechende Mehrzahl von LED-Optik-Paaren sind die entsprechenden Lichtbündelachsen zumindest teilweise, insbesondere sämtlich, zueinander paarweise windschief.
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Windschief bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass sich die Lichtbündelachsen auch unter Berücksichtigung etwaiger Fertigungstoleranzen nicht im Raum schneiden und nicht parallel zueinander sind.
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LEDs strahlen bekanntermaßen in bis zu einem Raumwinkel von 180°Licht ab, so dass das Vorsehen einer Optik zu einem abgestrahlten Lichtbündel um eine zentrale Lichtbündelachse dieses Lichtbündels führt. Mit zueinander windschiefen Lichtbündelachsen kann das Ausleuchten des Lichtfeldes besonders variabel eingestellt werden. So kann beispielsweise durch ein Ausrichten der Optiken ein Lichtfelddurchmesser und die Ausleuchtungstiefe verstellt werden und es kann die Lichtverteilung innerhalb des Lichtfeldes in gewünschter Weise eingestellt werden.
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Neben dem durch die jeweilige Optik verursachten Kippwinkel kann eine zusätzliche Kippung der Lichtbündelachse beispielsweise durch eine Kippung der entsprechenden Leiterplatte gegen eine innerhalb der entsprechenden Leuchte vorgesehene Leuchtenachse erfolgen. Neben der Leiterplatte kann auch eine Befestigungsplatte zum Anordnen eines Lichtleiters vorgesehen sein, der mit der entsprechenden LED verbunden ist. Die umgebende Optik ist dabei stets im Bereich der optischen Ausgabe der LED angeordnet, die im Falle eines verwendeten Lichtleiters beabstandet von der LED und somit beabstandet von der entsprechenden Leiterplatte sein kann. Eine derartige Befestigungsplatte kann neben der mit den LEDs verbundenen Leiterplatte eine zusätzliche Befestigungsebene für die LEDs bilden.
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Andere LEDs, die nicht zu der mindestens einen Gruppe von LEDs gehören können beispielsweise ohne eine umgebende Optik oder mit einer Optik ohne einen entsprechenden Kippwinkel ausgebildet sein. So lehrt die Erfindung, dass zumindest einige LEDs, nämlich die LEDs aus der mindestens einen Gruppe von LEDs, besonders einfach über eine entsprechende Struktur der umgebenden Optik so bezüglich ihrer Lichtbündelachse beeinflusst werden, dass der Kippwinkel und die Kipprichtung zu zueinander paarweise windschiefen Ausrichtungen führen. Hierdurch kann vorteilhaft ein besonders individuell gestaltbares Lichtfeld bereitgestellt werden, insbesondere kann Licht dorthin gelenkt werden, wo es für ein angestrebtes Lichtdesign und ein angestrebtes Gesamtlichtfeld den bestmöglichen Beitrag liefert.
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Weiterhin kann die einfache Bereitstellung eines Kippwinkels dazu führen, dass eine aufwändig herzustellende Krümmung und/oder Mehrfachknickung einer Leiterplatte zum Kippen von Lichtbündeln, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vermieden wird.
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Die Verwendung einer planen Leiterplatte hat insbesondere den Vorteil, dass besonders effizient und einfach die Wärme von den LEDs weggeleitet werden kann. Dies ist dadurch notwendig, das LEDs sich mangels abgestrahlter Wärme aufheizen. Eine entsprechende Wärmebrücke kann über einen an der planen Leiterplatte anliegenden Grundkörper daher besonders einfach bereitgestellt werden. Zudem kann das Vermeiden einer gekrümmten und/oder mehrfach geknickten Leiterplatte zu einer robusteren Bauweise der Elektronik und mithin zu einer längeren Lebensdauer der Beleuchtungseinheit führen. Schließlich ist die Herstellung planer Leiterplatten einfacher und kostengünstiger als die Herstellung von gekrümmten oder mehrfach geknickten Leiterplatten.
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Die Struktur der jeweiligen Optik, die den Kippwinkel und die Kipprichtung festgelegt, umfasst mindestens ein optisches Element, wie beispielsweise eine Linse und/oder einen Spiegel, derart, dass sich ein Kippwinkel ungleich 0° zur Lichtbündelachse ergibt. Dies kann durch eine asymmetrische Struktur der Optik, insbesondere des optischen Elements, erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann dies durch eine Kippung des optischen Elements relativ zu einer Normalenrichtung der Leiterplatte und/oder der Befestigungsplatte der entsprechenden LED erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann dies durch eine Beugungsstruktur, wie etwa einem Beugungsgitter, einer prismatischen Struktur, einer Freiformoptik, einer Spiegeloptik, einer Gradientenlinse oder einer Fresnel-Linse oder dergleichen erfolgen. Es kann auch ein Versatz der entsprechenden LED aus dem Brennpunkt der Optik oder eine Kombination aus refraktiver, diffraktiver, reflektiver, nanostrukturierter und/oder mikrostrukturierter Optik vorgesehen sein. Besonders bevorzugt wird für die erfindungsgemäße Umsetzung der Optik eine TIR Optik (Total Internal Reflection Optik) verwendet, welche im äußeren Bereich das Licht über die TIR-Struktur reflektiert und im inneren Bereich als Linse bündelt. Dem Fachmann im Bereich optischer Systeme ist eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, um Licht einer LED in einer vorgegebenen Kipprichtung zu bündeln, so dass auf Details solcher Strukturen im Folgenden nicht eingegangen wird.
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Die umgebende Optik ist vorzugsweise über einen Befestigungsmechanismus im Bereich der entsprechenden LED befestigt. Die Befestigung dann kann dabei unmittelbar an der Leiterplatte erfolgen. Beispielsweise kann die Optik über eine Klebung, über eine Steckverbindung, über eine Verschraubung, über einen Formschluss oder dergleichen im Bereich der entsprechenden LED befestigt sein.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit beschrieben.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die zueinander paarweise windschiefen Lichtbündelachsen der LED-Optik-Paare jeweils paarweise verschiedene Kipprichtungen auf. Durch das Verstellen einer Kipprichtung kann besonders einfach im Herstellungsprozess das erfindungsgemäße Vorsehen von windschiefen Lichtbündelachsen realisiert werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist jeder LED aus der mindestens einen Gruppe von LEDs eine identisch ausgebildet Optik zugeordnet. Diese Ausführungsform ermöglicht ein besonders einfaches und günstiges Herstellungsverfahren für die Beleuchtungseinheit, da nicht verschiedene Optiken bereitgestellt werden müssen. So wird für die mindestens eine Gruppe von LEDs dieselbe Optik mit demselben Kippwinkel verwendet, wobei lediglich die Ausrichtung dieses Kippwinkels entlang der Kipprichtung sich von LED zu LED innerhalb dieser Gruppe von LEDs unterscheiden kann. In dieser Ausführungsform kommt der zentrale Aspekt der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit zum Tragen, dass auf der gemeinsamen planen Leiterplatte ohne ein aufwändiges Verkippen von Leiterplatten oder Einstellen von optischen Elementen ein variabel herstellbares Lichtfeld kostengünstig unter Verwendung identisch ausgebildeter Optiken möglich ist. Hierfür muss nur das erfindungsgemäße Einstellen verschiedener Kipprichtungen möglich sein, wie beispielsweise durch verschiedene Steckplätze für die Optik und/oder einen vergleichbaren Befestigungsmechanismus, der verschiedene Kipprichtungen ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens einer LED aus der mindestens einen Gruppe mindestens eine weitere LED zugeordnet, die mit der mindestens einen LED ein LED-Cluster bildet, welches mit der zugeordneten Optik ein gemeinsames Lichtbündel mit Lichtbündelachse erzeugt. Durch das Vorsehen eines LED-Clusters können verschiedene Farbtöne, oder Farbtemperaturen, und -intensitäten bereitgestellt werden, beispielsweise durch unterschiedliche Bestromung der LEDs, welche vorzugsweise eine unterschiedliche Farbtemperatur besitzen und deren Licht durch die Optik kombiniert wird. Die Optik umgibt dabei vorzugsweise nicht nur die mindestens eine LED aus der mindestens einen Gruppe von LEDs, sondern auch die anderen LEDs innerhalb des gemeinsamen LED-Clusters. Vorzugsweise können die LEDs eines LED-Clusters separat angesteuert werden. Das LED-Cluster ist zur Bereitstellung eines gemeinsamen Lichtbündels mit einer gemeinsamen Lichtbündelachsen vorgesehen, so dass eine gemeinsame umgebende Optik einfach und ohne zusätzliche konstruktive Hürden möglich ist.
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In einer Ausführungsform ist die festlegbare Kipprichtung eine Ausrichtung um einen Ausrichtungswinkel innerhalb einer Befestigungsebene der jeweiligen LED, in dessen Richtung der Kippwinkel des LED-Optik-Paares ausgerichtet ist. Weiterhin ist der Kippwinkel ein Winkel bezüglich einer Flächennormalen zu der Befestigungsebene der jeweiligen LED. Der Ausrichtungswinkel innerhalb der Befestigungsebene ist also ein Winkel, dessen Schenkel innerhalb der Befestigungsebene liegen. Der Ausrichtungswinkel kann dabei ein Drehwinkel sein, um den die Optik zum Festlegen der vorbestimmten Kipprichtung während eines Herstellungsprozesses der Beleuchtungseinheit gedreht werden muss. Durch die Einstellung von Kipprichtung und Kippwinkel bezüglich der Befestigungsebene der jeweiligen LED wird das Festlegen von zueinander windschiefen Lichtbündelachsen besonders einfach konstruktiv möglich. Die Befestigungsebene kann grundsätzlich durch die Leiterplatte gebildet werden, falls die LED-Optik-Paare direkt auf der Leiterplatte angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend kann die Befestigungsebene durch eine separate Befestigungsplatte gebildet sein, auf der zumindest die optische Ausgabe der LED und/oder eines LED-Clusters erfolgt.
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In einer vorteilhaften und besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kipprichtung über einen Befestigungsmechanismus festlegbar, wobei der Befestigungsmechanismus über eine diskret einstellbare Lagerung der Optik über entsprechende Kontaktpins eine sichere Festlegung der Kipprichtung erlaubt. Das Vorsehen von Kontaktpins ist eine besonders einfache Art der Befestigung, die kostengünstig im Rahmen eines vorzugsweise zumindest teilweise automatisierten Herstellungsprozesses realisiert werden kann. Die Kontaktpins können dabei an der Optik und/oder an dem Befestigungsmechanismus, beispielsweise an der Leiterplatte, angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Kontaktpins dabei asymmetrisch bezüglich einer Flächennormalen der Befestigungsebene angeordnet. Eine derartige asymmetrische Anordnung kann zu einer Verdrehsicherheit der entsprechend befestigten Optik beitragen und dadurch eine Robustheit der Beleuchtungseinheit unterstützen. Vorzugsweise sind Steckplätze entsprechend der Position der Kontaktpins so auf der Leiterplatte vorgesehen, dass durch das Einführen der Kontaktpins in die Steckplätze eine vorbestimmte Kipprichtung für die entsprechende Optik vorliegt. Alternativ oder ergänzend können die Kontaktpins auf der Leiterplatte entsprechend der Position der Steckplätze auf der Optik so vorgesehen sein, dass durch das Einführen der Kontaktpins in die Steckplätze eine vorbestimmte Kipprichtung für die entsprechende Optik vorliegt. Alternativ zu den beiden vorhergehenden Beispielen können erfindungsgemäß entsprechende Steckplätze für die Kontaktpins verschiedene mögliche Zuordnungen zwischen Kontaktpin und Steckplatz erlauben. Hierdurch werden unterschiedliche Kipprichtungen für das jeweilige LED-Optik-Paar ermöglicht. Durch das Vorsehen von Kontaktpins ist dabei eine diskrete Veränderung der Kipprichtungen in vorzugsweise mindestens vier verschiedene Kipprichtungen, insbesondere mindestens acht verschiedene Kipprichtungen, möglich. Die Befestigung der Optik über Kontaktpins und entsprechende Steckplätze stellt eine besonders robuste und einfach bereitzustellende Art der Befestigung dar, die auch im Klinikalltag nach ruckartigen Bewegungen der entsprechenden Beleuchtungseinheit zuverlässig sein kann. Vorzugsweise wird ein derartiger Befestigungsmechanismus unterstützt durch eine stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung, wie etwa eine Klebung oder Pressung.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kipprichtung über einen Befestigungsmechanismus festlegbar, wobei der Befestigungsmechanismus jeweils eine drehbare Lagerung der Optik, insbesondere eine drehbare Lagerung der Optik an der gemeinsamen Leiterplatte, umfasst. Durch die drehbare Lagerung der Optik kann während des Herstellungsprozesses der Beleuchtungseinheit besonders komfortabel die Kipprichtungen eingestellt werden, vorzugsweise kontinuierlich eingestellt werden. Eine derartige drehbare Lagerung kann beispielsweise über einen Formschluss der Optik an dem Befestigungsmechanismus möglich sein. Vorzugsweise verläuft eine Drehachse der drehbaren Lagerung durch ein Zentrum des jeweiligen LED-Optik-Paares. Hierdurch ist eine gleichmäßige Drehung der Lichtbündelachse um die Drehachse durch ein Drehen der Optik möglich.
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Ein Befestigungsmechanismus ist im Rahmen der Erfindung eine Struktur die eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen der Optik und der Leiterplatte oder der Befestigungsplatte ermöglicht.
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Vorzugsweise wird der Befestigungsmechanismus dabei gebildet von einer Optik-seitigen Struktur und einer Platten-seitigen Struktur, die zum Bereitstellen der Verbindung miteinander zusammenwirken.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kipprichtung und/oder ein Betrag des Kippwinkels mindestens einer Optik verstellbar, insbesondere mechanisch oder elektrisch verstellbar. Eine derartige Steuerung der Kipprichtungen und/oder des Betrags des Kippwinkels ermöglicht ein dynamisches Verstellen des Lichtfeldes. Vorzugsweise erfolgt ein Verstellen über ein elektrisches Signal, welches von einem Nutzer über eine Bedienoberfläche ausgelöst wird. Ein Beispiel für eine Verstellbarkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt das elektrische Ansteuern einer Flüssiglinse oder eines Motors der verstellbaren Optik dar. Alternativ oder ergänzend ist eine verstellbare Lagerung, beispielsweise über ein Drehgelenk oder eine Verschraubung möglich, die manuell um die Kipprichtungen und/oder den Betrag des Kippwinkels verstellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße umgebende Optik ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet. Besonders bevorzugt wird die umgebende Optik durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Alternativ sind weitere geeignete Herstellungsprozesse bekannt, wie etwa das Spritzprägen, das Expansionsprägen, das Prägen, das Gießen, das Diamantdrehen oder Diamantfräsen, das Schleifen und Polieren, das 3D-Drucken, das zumindest teilweise Bedampfen mit metallischen oder dichroitischen Spiegelschichten und/oder andere bekannte Fertigungsverfahren für Kunststoffoptiken, Glasoptiken oder Spiegel.
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Gemäß einem weiteren Aspekt Erfindung wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe eine Leuchte, insbesondere eine medizinische Leuchte, vorgeschlagen, die mindestens eine Beleuchtungseinheit gemäß mindestens eine der vorhergehenden Ausführungsformen umfasst. Dabei weist die Leuchte eine zentrale Leuchtenachse auf, wobei ein Lichtfeld der Leuchte in einer Ebene senkrecht zur Leuchtenachse im Lichtfeldabstand von der Leuchte durch das Licht der mindestens einen Beleuchtungseinheiten erzeugt wird.
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Die Leuchte gemäß diesem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit und mithin auch alle Vorteile, die für diese Beleuchtungseinheit beschrieben sind.
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Der Lichtfeldabstand ist im medizinischen Umfeld typischerweise ein vorbestimmter Abstand, der vorliegend vorzugsweise zwischen 0,4 m und 1,5 m, besonders bevorzugt im Bereich von 1 m liegt. OP-Leuchten haben typischerweise einen Lichtfeldabstand von etwa 1 m. Untersuchungsleuchten haben typischerweise einen Lichtfeldabstand von etwa 0,5 m. Leuchten im Sinne der Erfindung können beispielsweise OP-Leuchten oder Untersuchungsleuchten sein.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit eine Komponente, die einfach in die erfindungsgemäße Leuchte eingesetzt werden kann. Ein derartiger modularer Aufbau ermöglicht einen besonders einfachen Herstellungsprozess für die Leuchte. Besonders bevorzugt können mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungseinheiten in die erfindungsgemäße Leuchte eingesetzt werden. In einer besonders vorteilhaften Variante dieser Ausführungsform weist die Leuchte geeigneter Aufnahmen auf, in die die entsprechende Beleuchtungseinheit jeweils eingesetzt werden kann. Die Aufnahme stellt dabei durch das Vorsehen eines Verbindungsbereichs eine elektrische Verbindung der jeweiligen Leiterplatte der Beleuchtungseinheit mit einer Elektronik der erfindungsgemäßen Leuchte sicher. Vorzugsweise stellt die Aufnahme zudem eine großflächige, formschlüssige und thermisch leitende Kontaktfläche mindestens zu Bereichen der planen Leiterplatte nahe einer jeweiligen LED zur Wärmeableitung sicher. Die Befestigung über die Aufnahme definiert eine mechanische Ausrichtung, also eine Verkippung, der planen Leiterplatte gegenüber der Leuchte und der Leuchtenachse. Ein modularer Aufbau ermöglicht zudem die Verwendung unterschiedlicher erfindungsgemäßer Beleuchtungseinheiten für die erfindungsgemäße Leuchte, beispielsweise abhängig von einem geplanten Einsatzszenario der Leuchte, wie beispielsweise einer geplanten medizinischen Operation.
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Die Verbindung zwischen Beleuchtungseinheit und einem Leuchtengehäuse der Leuchte kann beispielsweise über eine Verschraubung realisiert sein. Dabei können in der jeweiligen Leiterplatte der entsprechenden Beleuchtungseinheit Bohrlöcher vorgesehen sein, die zum vorgesehenen Schraubgewinde passen. Alternativ oder ergänzend kann ein Einrastmechanismus zum Einsetzen der Beleuchtungseinheit in die Leuchte vorgesehen sein.
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Durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit kann das Lichtfeld der Leuchte besonders einfach und kostengünstig über die jeweiligen erfindungsgemäßen Optiken für die entsprechenden LED-Optik-Paare, insbesondere während eines Herstellungsprozesses der Leuchte, vorgegeben und/oder eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Lichtbündelachsen der LED-Optik-Paare windschief zu der Leuchtenachse ausgebildet. Hierdurch können über das Vorbestimmen verschiedener Kipprichtungen besonders variabel charakteristische Eigenschaften des Lichtfelds vorgegeben werden, wie etwa der Lichtfelddurchmesser, ein Intensitätsverteilung innerhalb des Lichtfelds, die Ausleuchtungstiefe, die Schattigkeit und dergleichen. Besonders bevorzugt sind mindestens 10% der Lichtbündelachsen der LED-Optik-Paare windschief zu der Leuchtenachse ausgebildet. Alternativ oder ergänzend sind höchstens 90% der Lichtbündelachsen der LED-Optik-Paare windschief zu der Leuchtenachse ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Leuchte eine Mehrzahl von identisch ausgebildeten Beleuchtungseinheiten gemäß mindestens einer der diesbezüglichen Ausführungsformen. Eine derartige Leuchte ermöglicht eine besonders einfache Herstellung, da nicht zwischen unterschiedlichen Beleuchtungseinheiten bei der Montage differenziert werden muss. Weiterhin vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist die Reduzierung auf vorzugsweise nur eine herzustellende Art von identischen Beleuchtungseinheiten. Dies ermöglicht ein besonders einfaches und günstiges Herstellungsverfahren. Schließlich kann das Verwenden identischer Beleuchtungseinheiten zu einer im Wesentlichen symmetrischen Anordnung von abgestrahlten Lichtbündeln und mithin zu einer symmetrischen Ausleuchtung des Lichtfeldes führen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Leuchte eine Mehrzahl von Beleuchtungseinheiten gemäß mindestens eine der diesbezüglichen Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungseinheiten rotationssymmetrisch bezüglich der Leuchtenachse angeordnet sind. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind die Beleuchtungseinheiten aus der Mehrzahl von Beleuchtungseinheiten im Wesentlichen identisch ausgebildet. Die rotationssymmetrische Anordnung von Beleuchtungseinheiten kann ein gleichmäßiges Ausleuchten des Lichtfeldes vorteilhaft unterstützen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Leuchte eine Mehrzahl von Beleuchtungseinheiten gemäß mindestens einer der diesbezüglichen Ausführungsformen, wobei die LED-Optik-Paare einer jeweiligen Beleuchtungseinheit auf einer von einer planen Leiterplatte einer anderen Beleuchtungseinheit verschiedenen planen Leiterplatte angeordnet sind. Das Vorsehen verschiedener planer Leiterplatten kann beispielsweise einen modularen Aufbau der Leuchte unterstützen. Zudem kann das Vorsehen verschiedener Leiterplatten eine besonders einfache Struktur der Elektronik der erfindungsgemäßen Leuchte ermöglichen. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform sind mindestens zwei verschiedene Leiterplatten der Beleuchtungseinheiten der Leuchte gegeneinander um einen Plattenkippwinkel verkippt. Über einen derartigen Plattenkippwinkel kann eine Verkippung von LED-Optik-Paaren gegeneinander erfolgen, so dass der Kippwinkel eines einzelnen LED-Optik-Paares nur noch eine untergeordnete Verkippung gegen den Plattenkippwinkel verwirklicht. Wird beispielsweise eine Verkippung eines LED-Objekt-Paares um einen Winkel von 11,5° gegen eine Ebene senkrecht zur Leuchtenachse angestrebt, kann ein Anstellwinkel von 11° gegen diese Ebene dazu führen, dass der Kippwinkel des einzelnen LED-Optik-Paares nur noch 0,5° betragen muss. Wie groß der Plattenkippwinkel zwischen zwei Leiterplatten zum Bereitstellen eines derartigen Anstellwinkels sein muss, hängt von der konkreten Leuchtengeometrie ab und erschließt sich dem Fachmann unmittelbar. Dies ermöglicht vorzugsweise einen besonders symmetrisch abgestrahlten Lichtbündel verglichen mit sehr großen Kippwinkeln, die typischerweise zu einem großen optischen Abbildungsfehler, einem unsymmetrischen Strahlenbündel und einer schlechteren Lichtsammlung von Randbereichen des Lichtbündels weg von der angestrebten verkippten Lichtbündelachsen führen. Das Vorsehen des Anstellwinkels ist besonders vorteilhaft, wenn für die LED-Optik-Paare ein konkreter Kippwinkelbereich, beispielsweise zwischen 9° und 13°, gegenüber der Ebene senkrecht zur Leuchtenachse vorgesehen ist. So kann für das angegebene Beispiel ein Anstellwinkel von 11° eingestellt werden, und die Kippwinkel der jeweiligen Optik müssen nur zwischen 0,1° und 2° betragen. Hierbei würden also vorzugsweise verschiedene Optiken vorgesehen sein. Ein Beispiel für dieses Zusammenwirken von Anstellwinkeln der Leiterplatte und Kippwinkel der Optik ist im Rahmen von 2 beschrieben.
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Ein LED-Optik-Paar, welches aufgrund der gewählten Struktur der Leuchte, beispielsweise aufgrund eines Anstellwinkels, keinen Kippwinkel durch die Optik aufweist, gehört nicht zu der mindestens einen erfindungsgemäßen Gruppe aus der Anzahl von Gruppen, bei denen die jeweilige Optik einen Kippwinkel vorgibt. In diesem Sinne kann es erfindungsgemäß neben den LED-Optik-Paaren aus der mindestens einen Gruppe von LEDs auch LED-Optik-Paare aus einer anderen Gruppe mit anderen Eigenschaften und anderen Optiken, insbesondere Optiken ohne Kippwinkel, geben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leuchte mindestens zwei verschiedene Optiken, die sich zumindest in den durch die jeweilige Optik vorgegebenen Kippwinkeln unterscheiden. Das Vorsehen einer Anzahl von verschiedenen Kippwinkeln ermöglicht vorteilhaft ein besonders detailliert festlegbares Lichtfeld der Leuchte. Insbesondere ermöglichen Optiken mit verschiedenen Kippwinkeln Bereiche der Leuchte, wie etwa ringförmig um eine Leuchtenmitte angeordnete Bereiche der Leuchte, die jeweils Optiken mit einem einzigen vorgegebene Kippwinkel und vorzugsweise unterschiedlichen Kipprichtungen aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform haben LED-Optik-Paare mit einem gleichen Abstand von der Leuchtenachse eine jeweilige Lichtbündelachse, die mit einer Lotgeraden von der Position der jeweiligen LED auf die Leuchtenachse Winkel mit einem im Wesentlichen gleichen Betrag bilden. Durch derartige LED-Optik-Paare können ringförmige Bereiche der Leuchte gebildet werden, die besonders geeignet sind um durch individuelle Bestromung dieser LEDs Funktionen im Lichtfeld und/oder eine Lichtfeldverstellung zu erreichen. Eine derartige Lichtfeldverstellung kann beispielsweise eine Veränderung des Lichtfelddurchmessers, der Lichtfeldform, des Lichtfeldabstands und/oder der Lichtfeldfarbe sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Leuchte weiterhin eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, mindestens eine Untergruppe von LEDs aus der mindestens einen Gruppe von LEDs aus der mindestens einen Beleuchtungseinheit getrennt von anderen LEDs aus der entsprechenden Gruppe von LEDs außerhalb dieser Untergruppe anzusteuern. Durch das Ansteuern kann beispielsweise eine Lichtleistung, eine Intensität, eine Farbe, oder ein An/Aus-Zustand der entsprechend angesteuerten Untergruppe von LEDs verändert werden. Eine derartige Veränderung erfolgt beispielsweise vorteilhaft für alle LEDs aus der Untergruppe von LEDs gleichzeitig.
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Die Erfindung soll nun anhand von in den Figuren schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Von diesen zeigen im Einzelnen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leuchte gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung;
- 2 eine Querschnittsdarstellung von verschiedenen LED-Optik-Paaren des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit;
- 3, 4, 5 eine Querschnittsdarstellung eines jeweiligen Ausführungsbeispiels eines LED-Optik-Paares, mit verschiedenen Strukturen einer umgebenden Optik und mit verschiedenen Befestigungsmechanismen;
- 6 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit für ein zweites Ausführungsbeispiel der Leuchte gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung;
- 7 eine schematische Darstellung von Lichtbündelachsen und einem entsprechenden Lichtfeld der Leuchte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- 8 eine schematische Darstellung von Kippwinkel und Kipprichtung von zwei erfindungsgemäßen LED-Optik-Paaren;
- 9 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit für ein drittes Ausführungsbeispiel der Leuchte ; und
- 10 eine Querschnittsdarstellung durch die Leuchte gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aus 9.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 100 für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leuchte 150, insbesondere einer medizinischen Leuchte 150, gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.
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Die Beleuchtungseinheiten 100 umfasst eine Anzahl von Gruppen von LEDs 110, 110', 110'', nämlich vorliegend drei Gruppen von LEDs. Die LEDs der Gruppe 110, 110' weisen vorliegend in etwa den gleichen Abstand von einer zentralen Leuchtenachse 160 der Leuchte 150 auf, die senkrecht die Darstellungsebene schneidet. Die restlichen LEDs bilden vorliegend die dritte Gruppe 110". Jede der Gruppen von LEDs 110, 110', 110" ist mit einer gemeinsamen planen Leiterplatte 115 der Beleuchtungseinheiten 100 verbunden und vollständig auf dieser angeordnet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die optischen Ausgänge von LEDs zumindest teilweise auf einer Befestigungsplatte angeordnet, die mit der Leiterplatte 115 zumindest verbunden ist, wie beispielsweise in 4 dargestellt.
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Jeder LED 112, 112' aus mindestens einer Gruppe 110, 110' aus dieser Anzahl von Gruppen ist eine jeweilige umgebende Optik 122, 122' zugeordnet, durch die ein jeweiliges LED-Optik-Paar 120, 120' gebildet wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt jede Gruppe von LEDs 112, 112', 112" aus der Anzahl von Gruppen von LEDs 110, 110', 110" über eine jeweilige umgebende Optik 122, 122', 122". Allerdings verfügen nur die erfindungsgemäßen Gruppen 110, 110' über LED-Optik-Paare 120, 120', bei denen die jeweilige Optik 122, 122' aufgrund ihrer Struktur einen Kippwinkel in einer Kipprichtungen aufweist. Dieser Aufbau der Optiken wird im Rahmen der folgenden Ausführungsbeispiel geschildert.
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Gestrichelt dargestellt sind in 1 zudem drei Bereiche von Aufnahmen 155 in die weitere Beleuchtungseinheiten, wie beispielsweise eine zur dargestellten erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten baugleiche Beleuchtungseinheit, eingesetzt werden können. Die Aufnahmen 155 weisen vorzugsweise einen Verbindungsbereich auf, der eine elektrische Verbindung zwischen einem restlichen Teil der Leuchte 150, wie einer nicht dargestellten Leuchtenelektronik im Leuchtengehäuse, und der einzusetzenden Beleuchtungseinheiten sicherstellt. Hierfür weisen die Beleuchtungseinheiten auch eine nicht dargestellte elektrische Verbindung auf, so dass eine Elektronik der Leuchte über die Leiterplatte 115 mit den LEDs 112, 112', 112" der Beleuchtungseinheiten 100 verbunden ist. Das Einsetzen der jeweiligen Beleuchtungseinheit in die entsprechende Aufnahme 155 erfolgt vorzugsweise über eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung, insbesondere über einen Einrastmechanismus. Alternativ oder ergänzend kann das Befestigen nach einem Einsetzen über Schrauben erfolgen, wodurch besonders einfach ein homogener Kontakt zu einem Grundkörper und mithin ein guter Wärmefluss bereitgestellt werden kann.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leuchte 150 von unten, also aus dem ausgeleuchteten Bereich heraus, betrachtet, rund, insbesondere kreisförmig, ausgebildet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leuchte elliptisch oder eckig, insbesondere in der Form eines regelmäßigen n-Ecks, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Leuchte von unten betrachtet punktsymmetrisch zur Leuchtenachse ausgebildet, beispielsweise birnenförmig, sternförmig oder satellitenförmig.
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Durch die Aufnahmen kann die Leuchte 150 eine Mehrzahl von identisch ausgebildeten Beleuchtungseinheiten umfassen. Diese Mehrzahl von Beleuchtungseinheiten kann entsprechend der Aufnahmen 155 rotationssymmetrisch bezüglich der Leuchtenachse 160 angeordnet sein.
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Jede Beleuchtungseinheiten würde entsprechend der Beleuchtungseinheiten 100 eine separate eigene Leiterplatte 115 für die elektrische Verbindung der LEDs mit der nicht dargestellten Elektronik der Leuchte bereitstellen. Alternativ oder ergänzend kann die Elektronik oder können Teile der Elektronik für den Betrieb der LEDs bereits auf der entsprechenden planen Leiterplatte enthalten sein. Beispielsweise können LED-Treiber auf der Leiterplatte enthalten sein. Vorzugsweise ist außerhalb der Beleuchtungseinheit nur die Elektronik für eine Spannungsversorgung und eine Kontrolleinheit der Leuchte.
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Über einen derartigen modularen Aufbau können verschiedene Beleuchtungseinheiten miteinander kombiniert werden. Zudem können durch den modularen Aufbau verschieden geformte erfindungsgemäße Leuchten bereitgestellt werden, wie etwa Leuchten mit einer unterschiedlichen Anzahl und/oder Ausrichtung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit.
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2 zeigt eine Querschnittsdarstellung von verschiedenen LED-Optik-Paaren 120, 120', 120" des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 100.
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Die jeweils umgebende Optik 122, 122', 122" legt aufgrund ihrer Form eine zentrale Lichtbündelachsen 124, 124', 124" eines abgestrahlten Lichtbündels des entsprechenden LED-Optik-Paares 120, 120', 120" fest. Ein Lichtbündel wird dabei gebildet von Strahlen, die sich im Wesentlichen entlang der Lichtbündelachse erstrecken und dabei im äußeren Bereich des Lichtbündels einen Divergenzwinkel mit der Lichtbündelachse bilden, der von der verwendeten Geometrie der Optik und von Fertigungstoleranzen abhängt. Hierbei weisen die Lichtbündelachsen 124" der dritten Gruppe von LEDs 112" keinen Kippwinkel auf, sondern sind entlang der Flächennormale auf der Befestigungsebene, die vorliegend entlang der Leiterplatte 115 ausgerichtet ist, ausgerichtet. Die beiden zentralen Lichtbündelachsen 124, 124' der erfindungsgemäßen LED-Optik-Paare 120, 120' weisen einen Kippwinkel 125 gegen die Flächennormale der Befestigungsebene auf, der für beide LED Optikpaare 120, 120' gleich ist, jedoch in unterschiedliche Kipprichtungen ausgerichtet ist. So ist die Lichtbündelachse 124 des LED-Optik-Paares 120 der ersten Gruppe von LEDs 110 in Richtung des Zentrums der Leuchte 150 hin ausgerichtet. Die Lichtbündelachsen 124' des LED-Optik-Paares 120' der zweiten Gruppe von LEDs 110' ist hingegen in Richtung eines Randbereich der Leuchte 150 hin ausgerichtet. Andere nicht dargestellte Ausrichtungen zwischen diesen beiden entgegengesetzten Kipprichtungen sind erfindungsgemäß möglich, wie beispielsweise in 6 dargestellt. Die Lichtbündelachsen 124, 124' verlaufen dabei nicht exakt in der Darstellungsebene. So sind die unterschiedlichen Kipprichtungen derart gewählt, dass die Lichtbündelachsen 124, 124' eine derart unterschiedliche Kipprichtungen in die Darstellungsebene hinein besitzen, dass beide zueinander windschief sind, sich also entlang der Geraden, auf der die jeweilige Lichtbündelachsen 124, 124' liegt, nicht schneiden.
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Die jeweilige umgebende Optik 122, 122', 122" weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen Linsen-förmigen zentralen Bereich auf, der mit der restlichen Optik eine sogenannte TIR Optik (Total Internal Reflection Optik) bildet, welche das ungerichtete ausgestrahlte Licht der jeweiligen LED zu Lichtbündeln entlang der entsprechenden Lichtbündelachsen 124, 124', 124" ausrichtet. Solch eine TIR Optik umfasst einen zentralen refraktiven Bereich, der beispielsweise durch eine Linse gebildet wird, und einen reflektiven Randbereich. Alternative Ausgestaltungen sind in den 4 und 5 dargestellt.
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Zusätzlich zu dem Kippwinkel der entsprechenden Lichtbündelachsen 124, 124' liegt ein Anstellwinkel 116 gegenüber einer Ebene senkrecht zur Leuchtenachse 160 vor, um den die Leiterplatte gekippt ist. Dieser Anstellwinkel 116 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen 4° und 20°, insbesondere zwischen 8° und 14°, vorzugsweise in etwa 11°. Durch die unterschiedlichen Kipprichtungen der beiden Optiken 122, 122' ergeben sich daher zwei verschiedene Kippwinkel der entsprechenden Lichtbündelachsen bezüglich der Leuchte, die einen identischen Winkelabstand von dem Anstellwinkel 116 aufweisen. So können erfindungsgemäß durch die Verwendung derselben Optik aber unterschiedlicher Kipprichtungen des entsprechend vorgegebenen Kippwinkels verschiedene Kippwinkel für das Lichtfeld der Leuchte bereitgestellt werden. Durch das Vorsehen eines zusätzlichen Anstellwinkels 116 um den die Leiterplatte gekippt ist, kann entsprechend durch ein Verstellen der Kipprichtungen ein Winkelband eingestellt werden, welches zwischen dem Anstellwinkel abzüglich des Kippwinkels der entsprechenden Optik und dem Anstellwinkel plus dem Kippwinkel entsprechenden Optik variieren kann. So wird erfindungsgemäß mit nur einem herzustellenden optischen Bauteil, nämlich einer Optik mit einem vorbestimmten Kippwinkel, eine Vielzahl an möglichen Kippwinkeln der entsprechenden Lichtbündelachsen bezüglich der Leuchte ermöglicht.
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In anderen Ausführungsbeispielen sind für die erfindungsgemäße Leuchte mindestens zwei verschiedene Optiken vorgesehen, die sich zumindest in ihrem Kippwinkel unterscheiden.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele für die Befestigung der entsprechenden Optik zum Bilden des erfindungsgemäßen LED-Optik-Paares sind in den folgenden Ausführungsbeispielen dargestellt.
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3, 4 und 5 zeigen eine Querschnittsdarstellung eines jeweiligen Ausführungsbeispiels eines LED-Optik-Paares 320, 420, 520 mit verschiedenen Strukturen 328, 428, 528 einer umgebenden Optik 322, 422, 522 und mit verschiedenen Befestigungsmechanismen 340, 440, 540.
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3 zeigt eine TIR Optik 322 mit einer Verkippung eines zentralen Linsen-förmigen Bereiches, wie er grundsätzlich bereits in 2 dargestellt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Optik im Querschnitt dargestellt, während die Leiterplatte perspektivisch dargestellt ist. Der Winkel, um den die Geometrie der Optik verkippt ist korreliert zwar mit dem durch die Optik bereitgestellten Kippwinkel, ist mit diesem aber nicht notwendig identisch. Hierbei ist jedoch zusätzlich der Befestigungsmechanismus 340 zum Befestigen der Optik 322 an der Leiterplatte 150 dargestellt. So verfügt die Optik 322 über mindestens zwei Kontaktpins 342, vorzugsweise drei Kontaktpins, die jeweils in einen der zur Verfügung stehenden Steckplätze 344 auf der Leiterplatte 115 eingesetzt werden kann, um die auf der Leiterplatte 115 angeordnete LED 112 zu umgeben. Das Vorsehen von mindestens drei Kontaktpins kann eine Verdrehsicherheit der Optik zusätzlich erhöhen. Durch das Vorsehen verschiedener Steckplätze 344 können verschiedene Kipprichtungen des Kippwinkels der Optik 322 festgelegt werden. Aufgrund der diskreten Bereitstellung von Steckplätzen 344 ist eine diskrete vorbestimmte Anzahl von verschiedenen Kipprichtungen für das dargestellte LED-Optik-Paar 320 festlegbar, insbesondere im Rahmen der Herstellung der Leuchte festlegbar. Alternativ kann bei der Herstellung der Leiterplatte bereits die angestrebte Kipprichtung berücksichtigt werden, so dass nur für diese Kipprichtung die Steckplätze entsprechend des vorgesehenen Ortes für die Kontaktpins bereitgestellt werden. Hierdurch werden Fehler beim manuellen Befestigen der Optiken während der Herstellung vermieden.
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4 zeigt eine Optik 422, die aufgrund eines Spiegels 423, vorzugsweise eines Parabolspiegels, eines asphärischen Spiegels und/oder eines Freiformspiegels, das Licht der entsprechenden LED 112 entlang einer vorbestimmten Lichtbündelachsen mit einem vorbestimmten Kippwinkel ausstrahlt. Zum Bereitstellen eines Kippwinkels ist der Spiegel vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet.
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Der Spiegel 423 ist über einen Befestigungsmechanismus 440 an der Befestigungsplatte 417 befestigt. Der Befestigungsmechanismus 440 umfasst vorliegend einen ringförmigen Teil 442 mit einer Nut 444, in die die entsprechende Optik eingreifen kann, so dass über ein Einrasten der Optik 422 in das ringförmige Teil 442 eine Befestigung erfolgt. Alternativ kann auch eine handelsübliche LED-Optik-Fassung zu einer Befestigung der Optik innerhalb der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit führen. Vorzugsweise ermöglicht der Befestigungsmechanismus 440 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine drehbare Lagerung der Optik, so dass kontinuierlich verschiedene Kipprichtungen für das LED-Optik-Paar 420 festgelegt werden können.
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Zudem zeigt 4, dass die Befestigungsplatte 417 verschieden sein kann von der Leiterplatte 415. So sind die LEDs 412 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der Leiterplatte 415 angeordnet, und über Glasfasern 419 wird das Licht zu der entsprechenden optischen Ausgabe 470 an der Befestigungsplatte 417 geleitet. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Winkel zwischen der Befestigungsplatte und der Leiterplatte über eine Steuereinheit der Leuchte verstellbar.
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Hierbei bilden die LEDs 412 ein LED-Cluster, welches über die zugeordnete Optik 422 ein gemeinsames Lichtbündel mit Lichtbündelachse erzeugt. Alternativ kann das Licht des LED-Clusters in einem einzigen Lichtleiter durchmischt werden. Hierfür kann bekanntermaßen ein Lichtleitstab oder dergleichen verwendet werden.
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5 zeigt eine Optik 522, die durch eine gekippte Linse mit einer asymmetrischen Halterung gebildet wird. Die asymmetrische Halterung ist mit der Leiterplatte verklebt, so dass der Befestigungsmechanismus 540 über eine plane Klebestelle der Halterung gebildet wird. Die Optik 522 kann hierbei über eine Verstelleinheit 580 angesteuert und dadurch nach dem Empfang eines entsprechenden Signals verdreht werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die asymmetrische Halterung zudem verstellbar über die Verstelleinheit 580. Dabei kann die Kippung der Linse verändert werden. Verdrehung und Kippung erfolgen hierbei mechanisch über einen nicht dargestellten und über die Verstelleinheit 580 angesteuerten Motor.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten 600 für ein zweites Ausführungsbeispiel der Leuchte 650 gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung aus einer Blickrichtung vom Lichtfeld entlang der Leuchtenachse.
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Die Beleuchtungseinheit 600 unterscheidet sich von der Beleuchtungseinheit 100 aus 1 darin, dass mehr LEDs 612 vorgesehen sind, und diese LEDs über eine zentrale Steuereinheit 690 der Leuchte 650 gruppenweise angesteuert werden können. Hierbei sind von den dargestellten LEDs zumindest zwei Gruppen von LEDs 610, 610' bei jeder der drei identisch dargestellten Beleuchtungseinheiten 600 mit erfindungsgemäßen LED-Optik-Paaren 620, 620' vorgesehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Merkmale einer jeweiligen Beleuchtungseinheit nur für eine Beleuchtungseinheit 600 dargestellt. Diese haben einen in 6 nicht dargestellten Kippwinkel und jeweils eine durch einen jeweiligen Pfeil an dem LED-Optik-Paar 620, 620' in der Darstellung gekennzeichnete Kipprichtung 627, die für die LED-Optik-Paare auch innerhalb einer Gruppe von LEDs 610, 610' unterschiedlich ist. Die Kipprichtung 627 ist hierbei die Richtung innerhalb der Befestigungsebene einer jeweiligen LED in die der Kippwinkel dieser LED ausgerichtet ist. Dieses Zusammenwirken von Kippwinkel und Kipprichtung ist bereits im Rahmen von 2 erläutert und wird in 8 detaillierter dargestellt. Insbesondere sind die entsprechenden nicht dargestellten Lichtbündelachsen der jeweiligen LED-Optik-Paare windschief zueinander ausgebildet. Insbesondere haben die LED-Optik- Paare mit einem gleichen Abstand von der Leuchtenachse 160 eine jeweilige Lichtbündelachse, die mit einer Lotgeraden von der Position der jeweiligen LED auf die Leuchtenachse einen jeweiligen Winkel mit einem im Wesentlichen gleichen Betrag bilden. Diese Ausrichtung führt auch dazu, dass der Betrag des Winkels der Lotgraden mit den Kipprichtungen im Wesentlichen gleich ist. Eine beispielhafte Anordnung der Lichtbündelachsen für eine ähnliche Ausrichtung der Kipprichtungen ist in 7 dargestellt.
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Im Bereich der Leuchtenachse 160 ist zudem ein Handgriff 665 der Leuchte 650 angeordnet, der zum Verstellen der Position der Leuchte 650 während des Einsatzes, beispielsweise im Operationssaal, ausgebildet ist.
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Die Steuereinheit 690 ist dazu ausgebildet, mindestens eine Untergruppe 611 von LEDs aus der mindestens einen Gruppe von LEDs 610, 610' aus der mindestens ein Beleuchtungseinheiten 600 getrennt von anderen LEDs aus der entsprechenden Gruppe von LEDs 610, 610' außerhalb dieser Untergruppe 611 anzusteuern.
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Alternativ oder ergänzend können auch die Gruppen von LEDs 610, 610' unterschiedlich angesteuert werden, wobei über die Ansteuerung beispielsweise eine Lichtleistung, eine Intensität, eine Farbe, eine Farbtemperatur oder ein An/Aus-Zustand der entsprechend angesteuerten Untergruppe 611 von LEDs verändert werden kann.
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Durch eine solche gruppenweise Ansteuerung und/oder durch eine Ansteuerung von Untergruppen von LEDs aus einer erfindungsgemäßen Gruppe von LEDs kann eine besonders vorteilhafte Ausleuchtung des Lichtfeldes durch die erfindungsgemäße Leuchte mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit sichergestellt werden, wie beispielsweise ein bevorzugter Lichtfelddurchmesser, eine bevorzugte Lichtfeldform, eine bevorzugte Farbtemperatur des Lichtfeldes, eine bevorzugte Abschattung, ein bevorzugter radialer Intensitätsverlauf des Lichts und der dergleichen. Hierbei können insbesondere ringförmige Bereiche homogener Lichtintensität durch die erfindungsgemäßen Gruppen von LEDs 610, 610' bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise sind die Kippwinkel der dargestellten Gruppen von LEDs im Wesentlichen gleich. Alternativ unterscheiden sich die Gruppen von LEDs 610 und 610' neben der Wahl der jeweiligen Kipprichtungen durch den nicht dargestellten Kippwinkel. Vorliegend unterscheiden sich die Optiken 622 der Gruppe 610 von den Optiken 622' der anderen Gruppe 610' in dem jeweiligen Kippwinkel.
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Die Beleuchtungseinheiten 600, 600' der Leuchte 650 sind identisch ausgebildet. Dabei bilden die Leiterplatten 615, 615' der Beleuchtungseinheiten 600, 600' separate Leiterplatten 615, 615', die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gegeneinander um einen nicht dargestellten Plattenkippwinkel verkippt sind.
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7 zeigt eine schematische Darstellung von Lichtbündelachsen 724 und einem entsprechenden Lichtfeld 775 der nicht dargestellten erfindungsgemäßen Leuchte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Die dargestellte zu Leuchtenachse 160 identische Ausrichtung der Kippwinkel der jeweiligen LED-Optik-Paare 720 führt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem Sattelbereich 777, der besonders schmal verglichen mit der Ausdehnung der vorliegenden Leuchte ist.
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Die erfindungsgemäße Leuchte kann vorteilhaft in einem Abstandsbereich um den Lichtfeldabstand 779 eine große Strahlungsintensität für das Lichtfeld bereitstellen. Eine punktförmige Ausrichtung der Lichtbündelachsen auf einen Punkt würde die Intensität um diesen Punkt herum stark abfallen lassen. Dieser Effekt lässt sich durch die dargestellte ringförmige Ausleuchtung vermeiden. Dabei können verschiedene Gruppen von LED-Optik-Paaren verschiedene ringförmige Bereiche der Ausleuchtung bereitstellen und dadurch vorteilhaft einen großen Bereich mit einer verglichen mit den Lichtfeldrändern großen Intensität im Bereich des Lichtfeldes zu ermöglichen. Der Lichtfeldabstand 779 liegt vorteilhaft zwischen 80 cm und 1,30 m, insbesondere zwischen 90 cm und 1,10 m, besonders bevorzugt bei etwa 1 m. Das Lichtfeld 775 liegt vorzugsweise bei dem Sattelbereich 777 oder in einer Nachbarschaft des Sattelbereichs 777.
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Die Ausrichtung der Kipprichtungen 727 ist ähnlich zu der Ausrichtung der Kipprichtungen 627 der Gruppe von LEDs 610 aus 6, nämlich derart, dass LED-Optik-Paare 720 mit einem gleichen Abstand von der Leuchtenachse 160 eine jeweilige Lichtbündelachsen 724 aufweisen, die mit einer Lotgeraden von der Position der jeweiligen LED auf die Leuchtenachse 160 einen jeweiligen Winkel mit einem im Wesentlichen gleichen Betrag bilden. Der dadurch gebildete ringförmige Bereich der Ausleuchtung im Bereich des Lichtfeldes 775 ist im Wesentlichen definiert durch die Kipprichtungen 727 und den entsprechenden Kippwinkel der im Wesentlichen gleichen LED-Optik-Paare 720.
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Neben der dargestellten beispielhaften Gruppe von LEDs können andere Gruppen von LEDs entsprechend zu anderen ringförmig ausgeleuchteten Bereichen in der Umgebung des Lichtfeldes 775 führen. Hierbei erlaubt vorzugsweise eine Steuereinheit ein Ansteuern der jeweiligen Gruppe von LEDs und/oder einer jeweiligen Untergruppe der Gruppe von LEDs, sodass Eigenschaften der aktuellen Ausleuchtung durch die Leuchte gesteuert, beispielsweise temporär gesteuert, werden können.
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8 zeigt eine schematische Darstellung von Kippwinkel 825 und Kipprichtung 827, 827' von zwei erfindungsgemäßen LED-Optik-Paaren. Die Erläuterungen zu dieser Darstellung sind grundlegend für die vorliegende Erfindung und daher für sämtliche Ausführungsbeispiele und Ausführungsformen analog gültig.
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Die LEDs 812, 812' sind erfindungsgemäß auf einer Leiterplatte 815 angeordnet. Die dargestellten Optiken der beiden LED-Optik-Paare sind baugleich und weisen daher den gleichen Kippwinkel 825 auf. Die beiden Optiken unterscheiden sich jedoch in ihrer Ausrichtung und mithin in ihren Kipprichtungen 827, 827'.
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Beide LED-Optik-Paare strahlen jeweils ein Lichtbündel mit einer Lichtbündelachse 824, 824' ab, welche windschief zueinander sind und im Raum liegende Winkel gegen die Leiterplattennormale aufweisen. Diese im Raum liegenden Winkel lassen sich in Kugelkoordinaten beschreiben. Hierdurch sollen die Begriffe Kipprichtung und Kippwinkel im Sinne der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Für die Beschreibung in Kugelkoordinaten wird die durch die Leiterplatte 815 gebildete Ebene parallel zum jeweiligen Zentrum der Lichtaustrittsebene der Optik, die die Äquatorebene darstellt, verschoben und die entsprechende Flächennormale durch das Zentrum der LED 812, 812' stellt dazu die Polarachse dar. Die Raumwinkel der Lichtbündelachsen 824, 824' können dann durch einen Azimuthwinkel 884, 884' (Längengrad) und einen Polarwinkel 888 (Breitengrad) beschrieben werden. Verwenden beide die gleichen Optiken, haben sie deshalb auch die gleichen Polarwinkel 888, also im Sinne der Erfindung den gleichen Kippwinkel 825. Kippwinkel 825 und Polarwinkel 888 sind also im Sinne der Erfindung identisch. Dieser Kippwinkel 825 ist eine Eigenschaft der Optik. Ein zusätzlicher Freiheitsgrad ergibt sich durch eine vorzugweise während der Montage der entsprechenden Optik an der Leiterplatte auszuführende Rotation der Optiken um die Polarachse, also um die Leiterplattennormale um den Azimuthwinkel 884, 884'. Haben beide Optiken den gleichen Azimuthwinkel 884, 884', dann laufen die Lichtbündelachsen 824, 824' parallel. Ist der Winkel um 180° verschieden, dann schneiden sie sich in einem Punkt im Raum und beide Lichtbündelachsen 824, 824' sind nicht windschief zueinander. Sind die Azimuthwinkel 884, 884' nicht um 0° oder 180° verschieden, dann verlaufen die Lichtbündelachsen 824, 824' windschief zueinander. Der Azimuthwinkel 884, 884' beschreibt im Sinne der Erfindung die Kipprichtung 827, 827'. Ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beinhaltet eine Beleuchtungseinheit mit zumindest einer Gruppe gleicher Optiken und deshalb auch mit gleichem Kippwinkel 824, gleichzeitig aber paarweise unterschiedlichen Kipprichtungen 827, 827'.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 900 für ein drittes Ausführungsbeispiel der Leuchte 950.
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Die Beleuchtungseinheit 900 liegt mehrfach identisch ausgebildet in der Leuchte 950 vor. Die Struktur der LED-Optik-Paare 920, die jeweils innerhalb der jeweiligen Beleuchtungseinheit verschiedene Kipprichtungen 927 aufweisen, ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht detailliert dargestellt. Zusätzlich zu den LED-Optik-Paaren 920 mit Kipprichtung 927 verfügt jede Beleuchtungseinheit 700, über ein LED-Optik-Paar ohne Kippwinkel 921 und damit auch ohne Kipprichtung.
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Die Beleuchtungseinheiten 900 sind rotationssymmetrisch zur Leuchtenachse 160 angeordnet.
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Aus der Querschnittsansicht in 10 ist erkennbar, was die Veränderung der Kipprichtung 927 für einen Einfluss auf eine Abstrahlrichtung der bereitgestellten Lichtbündel hat.
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Zusätzlich zu den rotationssymmetrisch angeordneten Beleuchtungseinheiten 900 verfügt die Leuchte 950 über eine zentrale Beleuchtungseinheit 900', die zumindest teilweise ringförmig um die Leuchtenachse 160 ausgebildet ist. Der Kippwinkel 925' der LED-Optik-Paare 920' der zentralen Beleuchtungseinheit 900' unterscheidet sich von dem Kippwinkel 925 der LED-Optik-Paare 920 der rotationssymmetrisch angeordneten Beleuchtungseinheiten 900, wie in 10 dargestellt. Für die beiden mit Kippwinkel 925, 925' beschrifteten Lichtbündel ist der entsprechende Kippwinkel aus 10 erkennbar, da die entsprechende Kipprichtung 927 entsprechend 9 im Wesentlichen parallel zur Schnittlinie 980 ist.
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Schließlich ist in 10 auch die Anordnung der LED-Optik-Paare auf einer jeweiligen Leiterplatte 915, 915' dargestellt. Dabei haben die Leiterplatte 915 der rotationssymmetrisch angeordneten Beleuchtungseinheit 900 und die Festplatte 915' der zentralen Beleuchtungseinheit 900' relativ zueinander einen Plattenkippwinkel 975. Zudem ist auch die vorteilhafte direkte Verbindung zwischen den Leiterplatten 915, 915' und einem Grundkörper 990 der Leuchte 950 in 10 dargestellt. Der Grundkörper 990 dient als Kühlkörper der Leuchte 950, so dass ein Wärmestrom von den LEDs hin zum Grundkörper 990 vorliegt. Vorteilhafte Materialen zur Ausgestaltung der Komponenten der Leuchte 950 sind dem Fachmann bekannt, so dass darauf im Folgenden nicht eingegangen wird.
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Dargestellt sind hier ebenfalls die Lichtbündel der verschiedenen LED-Optik-Paare und deren unterschiedlichen Kippwinkel und Kipprichtungen. Auch wenn dies aus den 9 und 10 nicht zweifelsfrei ersichtlich ist, sind einige der dargestellten Lichtbündelachsen paarweise windschief zueinander, so dass sie sich nicht im Raum vor der Leuchte 950 schneiden.
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Der Struktur der jeweiligen Optik kann sich zwischen verschiedenen LED-Optik-Paaren unterscheiden.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 600, 600', 900, 900'
- Beleuchtungseinheit
- 110, 110', 110'', 610, 610'
- Gruppe von LEDs
- 112, 112', 112'', 412, 812 812'
- LED
- 115, 415, 615, 615', 815, 915, 915'
- Leiterplatte
- 116
- Anstellwinkel
- 120, 120', 320, 420, 520, 620, 620', 720, 920, 920'
- LED-Optik-Paar
- 122, 122', 122'', 322, 422, 522, 622, 622'
- Optik
- 124, 124', 124'', 724, 824 824', 924
- Lichtbündelachse
- 125, 825, 925, 925'
- Kippwinkel
- 150, 650, 950
- Leuchte
- 155
- Aufnahme für Beleuchtungseinheit
- 160
- Leuchtenachse
- 328, 428, 528
- Struktur der Optik
- 340, 440, 540
- Befestigungsmechanismus
- 342
- Kontaktpin
- 344
- Steckplatz
- 417
- Befestigungsplatte
- 419
- Glasfasern
- 423
- verspiegelte Wand
- 442
- ringförmiger Teil
- 444
- Nut
- 470
- optische Ausgabe
- 580
- Verstelleinheit
- 627, 727, 827, 827' 927
- Kipprichtung
- 611
- Untergruppe von LEDs
- 665
- Handgriff
- 690
- Steuereinheit
- 775
- Lichtfeld
- 777
- Sattelbereich
- 779
- Lichtfeldabstand
- 884, 884'
- Polarwinkel
- 888
- Azimuthwinkel
- 921
- LED-Optik-Paar ohne Kippwinkel
- 975
- Plattenkippwinkel
- 980
- Schnittlinie
- 990
- Grundkörper der Leuchte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011008474 B4 [0004]
